УСТРОЙСТВО для БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ НА ВАЛУ ТРАКТОРА В ЭКСНЛУАТАЦИОННЫХУСЛОВИЯХ Советский патент 1970 года по МПК G01L1/22 

Изобретение относится к устройствам измерения мощности трактора и предназначено нреимущественно для использования при общих испытаниях и специальных исследованиях тракторов и самоходных машин.

Известные устройства содержат измерительные тензоэлементы вала, генератор, усилительные каскады, приемную и передающую системы, измернтельиый прибор н блок вычислителя.

Способы измерення мощности с использованием этих устройств неудобны из-за необходимости синхронизации измерения крутяп;его момента и оборотов вала; необходнмости фиксирования показаний па каком-то носителе; вычислений по формулам; невозможности ненрерывио в эксплуатационных условиях знать мощность на валу (мгновенную или за какойто промежуток времени, задаваемый оборотами вала).

Целью предлагаемого изобретения является устранение недостатков известных методов путем создания бесконтактного устройства, позволяющего одновременно измерять крутящий момент и число оборотов, а также иутем применения схемы автоматического вычислителя мощности и непрерывного регистрирования последней стрелочным прибором, цифровым регистратором или записью на щлейфовом осциллографе.

В предложенном устройстве для упрощения схемы измерения и повыщения ее надежности путем совмещения в одном канале передачи информации о крутящем моменте и оборотах вала, передающая система выполнена в виде катущки, которая имеет неременный щаг намотки и размещена на кольцеобразном каркасе, вращающемся вместе с валом.

Для измерения мощности в эксплуатадионг иых условиях без промежуточных вычислений вычислитель выполнен в виде измерителя частоты как функции крутящего момента за единицу оборота вала и содержит делитель частоты с переменным коэффициентом деления.

Работа устройства основана на измерении крутящего момента за определенный промежуток времени, задаваемый конкретным числом оборотов вала, что пропорционально мощности на валу. Это достигается применением двух генераторов, частоты которых являются функцией в первом - крутящего момента, вО втором - числа оборогов вала.

Действительно, если у генератора эл:ектрических колебаний частота является линейг ной функцией крутящего момента на валу, то Если второй генератор ямеет частоту /„, являющуюся линейной функцией числа п оборотов вала, на котором измеряется мощность, то п В.Р„, где В - иостоянный коэффициент. Подставляя (1) и (2) в N -п (ГОСТ 7057-54), получим N K,,,.F I.,.(3) Выразив частоту F, через период, имеем ,N K. Следовательно, мощность на валу будет характеризоваться числом импульсов Ff перного генератора за определенное число перио- 20 дов сигнала второго генератора, равное К, т. е. при , N f.,. Измерение мощности Л на валу сводится к измерению частоты как последовательности импульсов за определенное время. Соотнощение (6) положено в основу нредлагаемого устрой- 30 ства. На фиг. 1 изображена блок-схема предложенного устройства; на фиг. 2 - передающая часть устройства; на фиг. 3 - схема намотки передающей антенны Л. Предлагаемое устройство для бесконтактного непрерывного измерения мощности на валу трактора .состоит из передающей и приемной частей., , ., Передающая часть устройства располагается непосредственно на вращающемся измерительиом валу и состоит, из тензометрических измерительиых элементов ТЭ, генератора частотномодулированного сигнала Г, усилителя 45 УЬ передающей антенны AI с переменным щагом намотки, и блока питания БП. Приемная .часть устройства состоит из приемной антенны AZ, усилителя У2, блока автоматического вычисления мощности БВ, задат- 50 чика периода измерения „, блока иитания БП2 и регистрирующих блоков - цифрового регистратора Mf, измерительного прибора ИП и щлейфового осциллографа ШО. В работе может быть исиользован любой регистри- 55 рующий блок. Блок вычислителя состоит из усилителя-ограничителя (ио амплитуде) УО и измерителя частоты ИЧ, иредназначенных для выделения и измерения частоты генератора Г, а также 60 из амплитудного детектора АД и делителя Д для выделения амплитудио-модулироваиного сигнала числа оборотов п вала. Измеряемая величина N (в виде частоты геиератора Г за определенный период Т„} регистрируется стре- 65 (2) 5 10 15 (б) 25 35 40 лочным измерительным прибором ИП или цифровым регистратором ЦР в зависимости от выполнения блока измерения частоты ИЧ. Бесспорно, что точиость цифровых измерителей частоты выще, чем аналоговых. Возможна запись сигнала мощиости щлейфовым осциллографом. Устройство работает следующим образом. Теизометрические элементы ТЭ (в частности тензодатчики, наклеенные, нанример, по схеме моста) преобразуют крутящие напряжения вала (Мкр) в электрический сигнал, который управляет частотой генератора Г. Таким образом, частота генератора находится в прямой зависимости от Мкр. Напряжение генератора усиливается усилителем У и передается в иередающую антенну AI, которая вращается вместе с валом. Антенна AI наматывается переменным шагом на кольцеобразный каркас так, что участки равномерной намотки с щагом hi чередуются с участками равномерной намотки с щагом h- (). Число таких «сгустков намотки и будет определять численное значение коэффициента В в формуле (2), так как при вращеиии антенны AI неподвшкной антенной AZ воспринимается амплитудно-модулированиый сигнал с частотой модуляции, кратной числу «сгустков. Вся передающая часть устройства выиолняется на транзисторах, устанавливается на валу и вращается вместе с ним. Блок питания БП представляет собой малогабаритный аккумулятор необходимой емкости. Аитенны Ai и А2 устанавливаются в непосредственной близости друг от друга, с тем, чтобы было загрублением чувствительности приемной части устройства устранить влияние внещних помех. Амплитудно-модулированный (ио скорости вращения) и частотно-модулированный (по крутящему моменту) сигнал передается через пространство и принимается неподвижной антенной 2. Усилеииый усилителем УЗ сигнал AM, ЧМ разделяется на два каиала в блоке вычислителя. В одном из них сигнал ограничивается ио амплитуде усилителем-ограничителем УО и подается на измеритель частоты ИЧ, где происходит измерение частоты „. Величииа частоты, измереиная в относительных величинах (количество периодов за определенное число оборотов вала), будет равна мощности на валу в соответствии с уравиениями (5) и (6). Число оборотов вала измеряет другой канал блока вычислителя БВ. В этом канале происходит выделение частоты /„ в амплитудном детекторе АД и деление ее на выбранное число для того, чтобы иметь возможность фиксировать значеиия количества импульсов генератора /„ за определенное, иаперед задаваелюе число оборотов вала в соответствии с выражением (5). Импульс с делителя Д дает команду на сброс иредыдущего значения на цифровом регистраторе и начало обсчета F. Делитель Д дает также команду на отсчет числа периодов частоты

FM в измерителе частоты ИЧ. Измерительный прибор ИП в общем случае при достаточно малых значениях времени отсчета будет интегрировать дискретные величины мощности.

Коэффиинент К (5) учитывается выбором величины Гп (выбором коэффициента В и коэффициента деления делителя Д). В общем случае коэффициент К можно учесть в масштабе шкалы измерительного прибора ИП, а коэффициент деления делителя Д будет переводным множителем.

В целях новышения точности отсчета возможен вариант измерения частоты цифровым методом, тогда значение мощности на валу за единицу оборота вала будет выражено числом периодов частоты F за это время.

В любом из этих вариантов имеется возможность записывать величину мощности на валу шлейфовым осциллографом.

Предмет изобретения

1. Устройство для бесконтактного измерения мощности на валу трактора в эксплуатационных условиях, содержащее измерительные теизоэлементы вала, генератор, усилительные каскады, приемную и передающую системы, измерительный нрибор и блок вычислителя, отличающееся тем, что, с целью упрощения схемы измерения и повышения ее надежности нутем совмещения в одном канале передачи информацнн о крутящем моменте и оборотах вала, передающая система выполнена в виде катушки, которая имеет переменный шаг намотки и размещена на вращающемся вместе с валом кольцеобразном каркасе.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения измерения мощности без промежуточных вычислений, вычислитель выполнен в внде измерителя частоты как функции крутящего момента за единицу оборота вала и содержит делитель частоты с переменным коэффпцнентом деления.